湖北兴山坟埫坪石墨矿地质特征及找矿潜力分析

张 杰，郭申祥，王书春，徐 攀

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北 武汉 430030)

石墨可作耐火、耐磨、耐腐、导电材料。近年来，随着科技进步，深加工的高纯石墨、等静压石墨、可膨胀石墨、氟化石墨、胶体石墨、石墨烯等产品广泛应用于军工与现代工业及高、新、尖技术中，石墨已成为国家发展中不可或缺的重要战略资源[1]。湖北省石墨矿以大鳞片著称，以往集中在宜昌市夷陵区开发利用。兴山县赋存同类型石墨矿，开发利用起步较晚，近年才开始勘探及开发，兴山县正努力打造百亿石墨产业集群，石墨产业作为兴山县扶持的重点工程，对改善民生、发展经济有重要意义。通过对新发现的坟埫坪石墨矿的地质特征总结并分析石墨找矿潜力，对该地区石墨找矿有重要指导意义。

1 区域地质背景

坟埫坪石墨矿区大地构造位置处于扬子准地台上扬子台坪黄陵断穹之圈椅埫穹窿南东翼，地层区划为扬子区八面山分区黄陵小区(图1)。出露地层为上太古界—下元古界水月寺(岩)群(Ar3Pt1ŝ)中深变质岩系，由老至新划分五个岩组：片麻岩变粒岩岩组 (Ar3Pt1ŝa)、富铝质片岩大理岩岩组 (Ar3Pt1ŝb)、石墨片麻岩片岩含铁岩组(Ar3Pt1ŝc)、石墨片麻岩片岩钙硅酸盐岩岩组(Ar3Pt1ŝd)、黑云斜长—二长片麻岩岩组(Ar3Pt1ŝe)[2]，其中富铝质片岩大理岩岩组(Ar3Pt1ŝb)下段中上部为石墨主要赋存层位[3]。黄陵断穹与石墨成矿关系密切的基底构造层中褶皱、隆起、断裂构造发育，以圈椅埫穹窿为核心，向南东方向依次有巴山复向斜、白竹坪背斜等边缘线状叠加褶皱带，围绕穹窿呈弧形环状展布，褶皱带转折端往往石墨富集[4]，北西、北西西两组断裂最为发育，切割破坏含矿岩系，宏观上制约着含石墨岩系的分布。区域岩浆岩以侵入岩为主，成岩时期为五台、扬子两个旋回共五个期次，以花岗岩、辉绿岩为主，后期侵入岩使石墨矿(化)体局部阻断，破坏了墨矿(化)体连续性，但促使局部石墨鳞片增大，有利于形成大鳞片晶质石墨矿。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区赋矿地层为水月寺(岩)群富铝质片岩大理岩 (岩 )组 (Ar3Pt1ŝb)，划分上、下两段 (图 2)。下段划分两个亚段，下段上亚段为石墨含矿岩系。

下段(Ar3Pt1ŝb1)原岩由一套含碳富铝泥质岩、泥砂质岩、石英砂岩和不纯碳酸盐岩组成。该层变质相属高角闪岩相，划分为两个亚段。下亚段(Ar3Pt1ŝb1-1)主要岩性为二云斜长片麻岩、二长均质混合岩夹有少量的斜长均质混合岩、斜长角闪岩透镜体。底部有一层蛇纹石化大理岩、钙硅酸盐岩或透闪透辉岩，呈透镜状，该层片麻岩中偶见有石墨，但含量极低，未构成矿化，该层岩性后期岩浆岩侵入破坏严重，并显现为均质混合化现象。上亚段(Ar3Pt1ŝb1-2)为矿区石墨含矿岩系，主要岩性为混合岩化石榴黑云斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、混合岩化含石墨黑云斜长片麻岩、石墨片岩、石墨二云斜长片麻岩，各组岩性震荡出现，其间夹有2～3层透镜状金云母蛇纹石化大理岩、透闪—透辉岩，为石墨间接找矿标志。该层平行产出3个石墨矿层(编号为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，底部至中部的石墨片岩、含石墨黑云斜长片麻岩构成Ⅱ、Ⅲ石墨矿层，上部含石墨黑云斜长片麻岩构成Ⅳ石墨矿层。

图1 区域地质及矿产图

上段(Ar3Pt1ŝb2)主要岩性为二长均质混合岩，斜长均质混合岩、黑云斜长片麻岩、二云片岩等，片麻岩与片岩局部含矽线石、偶见十字石。变质相属高角闪岩相。该层黑云斜长片麻岩普遍含极少量石墨，矿化不明显，后期混合岩化强烈。

2.2 构造

矿区位于圈椅埫穹窿南东翼，总体呈单斜构造，地层总体呈北东南西走向，倾向南东或南偏西，倾角42～65°。矿区内发育两条正断层，断层对矿体的形态、产状几乎无影响。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩为中、基性脉岩，主要岩石类型有黑云母二长花岗岩、辉绿岩，多沿早期断层和层间侵入，呈脉状顺层或斜交层理分布。斜切矿层和顺矿层贯入的脉岩，对矿层起破坏作用，使矿层变薄、连续性变差、矿石破碎，但促使局部石墨鳞片增大，有利于形成大鳞片晶质石墨矿。

2.4 变质岩及变质作用

矿区内广泛分布的水月寺(岩)群变质岩属中—低压相系区域热流动力变质作用类型，其经历长期区域动热变质作用、混合岩化作用和不同期次构造活动叠加，形成复杂的变质岩类。根据变质岩石的组合特征及岩石的稳定矿物共生组合，可分为低角闪岩相和高角闪岩相—低麻粒岩相两个变质相。含碳泥岩或泥砂岩经多期次区域变质作用、构造的叠加及混合岩化作用，形成极为复杂的变质杂岩，达到高角闪岩相—低麻粒岩相，其中形成的石墨片岩及含石墨黑云斜长片麻岩构成石墨的赋矿岩石。

图2 坟埫坪石墨矿区地质略图

2.5 混合岩化作用

矿区位于圈椅埫钾长花岗岩体边缘，受花岗岩岩浆和伴生的碱质流体的渗透、注入和交代，使本区混合岩化作用较为普遍，其表现形式有两类，一类为混合质岩石，另一类为混合岩。混合质岩石代表性岩石为混合质黑云斜长片麻岩，混合岩主要岩石类型为斜长均质混合岩和二长均质混合岩。混合岩化对矿石类型、品位、石墨鳞片有明显的控制作用，使矿石品位变贫，石墨片径常发生次生加大，并致使矿层在纵向、横向上矿石类型的不均一和不稳定性，给矿层对比带来困难[5]。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

区内产出3个石墨矿层4个矿体，Ⅱ矿层圈出2个石墨矿体(Ⅱ-1、Ⅱ-2)，Ⅲ矿层和Ⅳ矿层分别圈出1个石墨矿体(Ⅲ-1、Ⅳ-1)(表1)。矿体主要由石墨片岩及含石墨黑云斜长片麻岩组成，矿体与顶底板围岩接触关系多为渐变过渡关系或迅速过渡关系，局部界限清楚截然，近矿围岩多有不同程度的弱石墨化现象，一般含石墨(1%～2%)。矿区内岩脉发育，穿插的花岗岩、辉绿岩、石英岩等局部构成矿体的顶、底板或矿体中的夹石。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石类型

矿区石墨矿可分为石墨片岩(图3)、含石墨黑云斜长片麻岩(图4)两个自然类型。

石墨片岩总体呈闪亮的钢灰色，鳞片状变晶结构、细粒结构，以片状构造为主，局部为片麻状、眼球状构造。鳞片片径0.01～2.0mm，鳞片常被扭曲弯折。主要矿物有石英(20%～50%)、石墨(15%～45%)、绢云母及长石(15%～35%)；次要矿物有黑云母、白云母、电气石、黄铁矿及次生褐铁矿、绿泥石、绿帘石、锆石及金红石等，其中石墨与绢云母等片状矿物紧密共生。混合岩化作用较弱，长英质脉体较少，一般＜10%，呈细小脉纹随片理弯曲。

表1 矿体特征

图3 石墨片岩镜下

图4 含石墨黑云斜长片麻岩镜下

含石墨黑云斜长片麻岩总体呈闪亮的钢灰色，鳞片状变晶结构，片麻状构造(片状向片麻状过渡型)。石墨呈鳞片状，大小不一，多数0.01～0.4mm，最大1.2mm。主要组成矿物为石英(20%～55%)、斜长石(20%～50%) 、黑云母(1%～20%)、绢云母(1%～16%)、石墨(1%～15%)及次生铁，偶见绿泥石、绿帘石、锆石及金红石，其中石墨与片状矿物紧密共生。混合岩化作用较石墨片岩强烈，呈长英质细脉沿片麻理注入，脉体比例一般占20%～40%。

矿区矿石工业类型为晶质石墨矿。经片径统计，＞100目占比95.44%，为优良的大鳞片石墨矿(表2)。

3.2.3 矿石化学成分

石墨矿石化学成分较稳定，主要化学成分接近。各矿体及矿区平均化学成分见表3。

表2 石墨矿石片度统计

表3 全矿区矿体平均化学成分

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

本区含石墨岩系具有泥质粉砂岩—粉砂质泥岩—碳酸盐岩的浅海相韵律沉积旋回特征。成矿物质来源主要是有机碳[6]，也有可能来自碳酸盐岩中的无机碳。本矿区石墨矿的矿床成因类型为区域变质型矿床。石墨矿的形成过程可分为三个阶段：第一阶段是区域变质作用以前的原岩的生成过程；第二阶段是区域变质作用过程；第三阶段是混合岩化作用的过程(图5)。

图5 石墨成矿模式图

第一阶段：晚太古代末期，扬子准地台发生火山喷发活动，而在火山喷发活动的间歇期，浅海相的沉积物(陆源细碎屑物及生物化学沉积物)大量沉积，从而形成水月寺(岩)群富铝质片岩大理岩(岩)组下段的原岩建造，主要由含碳富铝的泥岩、泥质砂岩，含生物碎屑的碳酸盐岩组成(孔兹岩系)；第二阶段：原岩建造在长期的地质演化中，经历了多期次区域动力热流变质作用，使原岩建造中的碳元素通过富集，逐步变质为石墨片岩、含石墨黑云斜长片麻岩；第三阶段，经区域变质作用形成的石墨片岩、含石墨黑云斜长片麻岩，之后又受到不同程度的混合岩化作用的影响，使岩石中石墨晶体在发生重结晶作用后次生增大[7]，并相随产生“富化”或“贫化”现象，从而形成最终的鳞片状晶质石墨矿。

4.2 找矿标志

区内黑云斜长片岩、片麻岩、二云片岩为赋矿岩层，大理岩呈似层状、透镜状夹于含石墨的片岩、片麻岩地层中，有时构成石墨矿层的顶底板。因此，区内片岩、片麻岩为主要找矿标志，含石墨片岩、片麻岩地表常被风化成绢云片岩、绢云斜长片麻岩，构成石墨矿地表找矿标志。区内大理岩则为间接找矿标志。

本区石墨矿层的母岩为富含碳质、有机质的泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，属弱还原沉积环境，常见星点状硫铁矿与其共生，且硫铁矿在矿层顶底板附近相对富集，因此硫铁矿的分布特点亦可作为寻找石墨矿的间接标志[8]。

5 外围找矿潜力分析

对比区域地质背景，通过对坟埫坪矿区石墨矿的地质特征、矿区成因及找矿标志分析，兴山县外围石墨矿找矿具备一定的潜力。

圈椅埫穹窿周缘发育的赋矿层位富铝质片岩大理岩岩组为外围石墨找矿提供了可能，目前该层位在兴山县的马粮坪、大垭等地零星发现有石墨矿点，该层位广为分布的黑云斜长片麻岩、片岩为石墨矿产矿岩石，层中发育的两三层大理岩及富集的硫铁矿地段亦为发现石墨矿提供线索。

石墨矿的形成除变质作用外，与构造作用亦有一定的关联，区域褶皱的转折端高温低压条件下的变质岩层、碳酸盐岩为石墨形成提供地质条件，而岩层经过岩浆的侵蚀作用和变质作用后，为石墨矿的形成提供了温度和动力作用[9]。石墨矿往往在区域褶皱的转折较为富集，是潜在的找矿区[10]。

该地区周边目前开发利用石墨矿床有三岔垭、二郎庙、东冲河三处，矿床类型与坟埫坪矿区均为同成因类型同含矿层位矿床。坟埫坪矿区仅达普查工作程度，其深部及其周边分布石墨矿点有进一步勘查潜力，找矿潜力大。